Les rondelles de force doivent toujours être précontraintes pendant le montage. Ce principe s'applique également pour les rondelles de force piézoélectriques CFW. Après montage, les rondelles de force fonctionnent sous la méthode de shunt de force, c.-à-d. qu’une partie de la force ne traverse plus le capteur mais, à la place, passe par le dispositif de précontrainte, comme les éléments de précontrainte CPS proposes par HBM.

La sensibilité de la chaîne de mesure varie selon la conception du dispositif de précontrainte. Par exemple, quand l'ensemble des éléments de précontraintes CPS est utilisé, la sensibilité des rondelles de force piézoélectriques CFW est réduite de 7 à 12 %. Une fois installées, les rondelles de force devront être étalonnées pour permettre une détermination fiable de la sensibilité.

Etalonnage à l'aide de capteurs de force étalonnés

Une des méthodes d’étalonnage des capteurs, est d'utiliser des capteurs de force étalonnés. Cela exige en plus du capteur de force un amplificateur. Les capteurs de force de référence équipés de jauges de contrainte (ex : C18, Z30A) sont particulièrement bien adaptés à cette fonction d’étalonnage.

Pour des applications industrielles, les capteurs de force, comme le S9M HBM, peut également être employé. Si l’on ne dispose pas d’amplificateur approprié aux capteurs à jauges de contrainte, il est possible d’utiliser la série CFT. Cette famille CFT comprend les capteurs piézoélectriques précontraints et étalonnés avant d’être livrés, de ce fait la sensibilité est parfaitement connue.

En choisissant la solution avec capteur de référence, il faut considérer que la précision que vous pourriez atteindre ne peut pas être meilleure que la précision de votre étalonnage qui à chaque fois est déterminée par la précision de la chaîne de mesure de référence.

Trois étapes étalonner la chaîne de mesure

Comme déjà mentionné ci-dessus, une chaîne de mesure constituée de rondelles de force piézoélectriques (CFW) demande à ce que les capteurs doivent toujours être étalonnés après montage. Cela signifie que les conditions de montage mécaniques ne devront pas être changées après la procédure d’étalonnage. Cela s'applique en particulier pour la précontrainte.

Trois étapes sont nécessaires pour étalonner une chaîne de mesure:

  • Déterminer la sensibilité du capteur après montage : La force en N, une masse en kg ou équivalence est mesurée simultanément avec la charge générée par les rondelles de force piézoélectriques à cet effort. La sensibilité peut être maintenant facilement calculée en divisant la charge par la force (sensibilité = charge/force).
  • Régler l'amplificateur de charge : La plage de mesure et le gain de l’amplificateur de charge numérique CMD600, sont réglables simplement. La sensibilité calculée comme ci-dessus doit être entrée dans le logiciel CMD Assistant. Une plage de mesure raisonnable devra être réglée pour garantir une résolution optimale.
  • Vérifier les paramètres ajustés : En conclusion, nous recommandons de comparer de nouveau la chaîne de mesure à la chaîne de référence.

Dans les chapitres suivants de cet article, nous supposons que votre capteur a été monté et convenablement précontraint. La précontrainte peut être directement mesurée en employant la rondelle de force. Pour vous aider en cela, un certificat de fabrication est livré avec le capteur. Au besoin, vous pouvez ajuster la sensibilité sur le CMD600 et augmenter la précontrainte à la valeur désirée; au minimum à 10% de la force nominale de la rondelle de force.

En utilisant l'amplificateur de charge CMD600, raccordé sur un PC, vous pouvez facilement le configurer à l’aide du logiciel CMD Assistant, tout en vous appuyant sur les instructions du manuel d’utilisation. Dans le champ sensibilité du capteur indiquez 1 et pour l'unité pC. Avec cette configuration, l'amplificateur mesure la charge en pC.

Configuration du CMD comme décrit ci-dessus : La sensibilité est notée à 1 et vous mesurez le signal du capteur dans le PC. C’est la manière de commencer la procédure d’étalonnage.

The CMD's sensitivity has been set in compliance with the manufacturing certificate (4.3 pC/N). A CFW/50 kN is being used. A slightly higher pre-stress has been used.

Étape 1 : Détermination de la sensibilité de la sonde après montage

Ensuite, raccordez le capteur à l'amplificateur de charge. Assurez-vous que la chaîne de mesure entière est à la même température que son environnement. Il est essentiel de faire l’étalonnage seulement après que l'amplificateur de charge ait fonctionné durant deux heures, vous éviterez ainsi les procédés de rodage.

Dans votre installation d’étalonnage, veillez à placer le capteur de référence de sorte que la force entière le traverse (pour éviter les shunts de force).

Exemple d’étalonnage d’une rondelle de force. Le capteur de force à jauges de contrainte est aligné sur le capteur précontraint CFW. Un appareil de mesure MGCplus amplifie le signal délivré par le capteur de référence S9M. Lorsque des précisions extrêmement élevées sont demandées, nous recommandons d’effectuer l’étalonnage à l’aide de capteurs de référence. La rondelle de force CFW a été précontrainte et la charge est appliquée en même temps sur le capteur de force S9M. Cependant, c'est seulement un exemple. Dans la pratique, il y a de nombreuses méthodes d’étalonnage, par exemple, en utilisant des masses ou en produisant une force directement sur la machine équipé du CFW (presses, soudeuses, etc.).

Il est également important de choisir correctement la plage de mesure. Pour cela, il suffit de multiplier la force que vous souhaitez utiliser pour étalonner la chaîne de mesure par la valeur 4 pC/N. C'est une valeur de sensibilité usuelle appliquée pour les capteurs piézoélectriques installés dans un shunt de force. Ensuite ajoutez environ 20 % au résultat et écrire cette valeur de charge dans CMD Assistant en tant que plage de mesure physique. Dans notre exemple ci-dessus, l’étalonnage est fait au environ de 500 N ; avec la sensibilité de 4 pC/N, nous nous attendons à un signal autour de 2000pC (4pC/N * 500 N = 2000pC). Nous avons donc réglé la gamme de mesure à 2500pC.

La force utilisée pour l’étalonnage ne devrait pas être à moins de 30 % de la force maximale qui doit être mesurée avec le CFW, de manière à garantir une précision adéquate. Il est vraiment important d'empêcher une surcharge des capteurs. Vous pouvez ensuite remettre à zéro la chaîne de mesure piézoélectrique et faire un tarage de la chaîne de référence juste avant de commencer la mesure de référence.

A l’aide de cette chaîne de mesure de référence, appliquez une charge sur l'appareil de mesure. La charge sera affichée simultanément sur l'écran du PC fonctionnant avec CMD Assistant.


La sensibilité du capteur est maintenant calculée selon la formule suivante :

Naturellement, vous pouvez aussi faire des étalonnages similaires pour des grandeurs mesurées autres que la force (masse, couple, etc.)

Dans notre exemple, nous obtenons le résultat suivant :

Avec l’amplificateur de la série CMA, nous recommandons d’étalonner la chaîne de mesure entière. Pour cela, mesurez directement la tension de sortie de l'amplificateur de charge. La sensibilité de la chaîne de mesure résultante est donné par la formule:

Étape 2 : Réglage de l'amplificateur

La sensibilité peut maintenant être introduite dans CMD Assistant. Pour effectuer ce paramétrage, utilisez le champ « Sensibilité capteur ».

Vous pouvez alors définir la « plage physique d'entrée ». C'est la plage de mesure. Écrivez ici, la force maximale que vous voulez mesurer. En effet, si par la suite une valeur de force plus élevée se présente, le CMD ne pourra pas générer une sortie tension plus grande.

Quand vous utilisez l’amplificateur de charge analogique CMA, une mise à l’échelle doit être effectuée sur les électroniques suivantes.

Paramétrage du CMA. Comme calculé ci-dessus, la sensibilité du capteur a été définie à 3.801 pC/N et la plage de mesure,; en conformité avec l'application, à 500 N. Le CMD s’auto-calibre en conséquence. Pour 500 N, la sortie tension est de 10

Étape 3 : Vérification

Après avoir fait tous les paramétrages, nous vous recommandons de faire à nouveau une comparaison avec la chaîne de mesure de référence. Chargez une nouvelle fois l'appareil de mesure et comparez les deux chaînes de mesure.

Mesure de référence. Il y a peu de différence entre les deux chaînes de mesure dans la plage de charge partielle. Résultat : excellentes linéarités du système piézoélectrique et de la chaine de référence à jauges de contrainte.
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